CN110456117A - 智能电气快装式可带电操作电压传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种智能电气快装式可带电操作电压传感器，属于智能电气设备技术领域。包括U型结构、导体框架、S形取电针、电压互感器、限流电阻盒、压板、绝缘垫片等。将电压互感器、限流电阻盒以及导体框架整体封装，简化了现场操作，实现了快速带电装卸。S形取电针的设计提高了破皮取电效率，阶梯形或狼牙齿设计，在进行破皮取电时，能够很好地固定导线，绝缘垫片的设计保护了导线的破皮口。限流电阻盒能够使电压互感器适应不同电压等级的导线。实现智能电气所需传感器的集成化、小型化以及兼容性、方便性、灵活性、可靠性、安全性等。整个传感器结构简单、成本低廉、体积小，可广泛适用于各类导线电压参数的智能监测中。
Description
技术领域
本发明涉及一种电压传感器，特别是一种用于实现智能电气的、快装式可带电操作的电压传感器。属于智能电气设备技术领域。
背景技术
随着信息技术的发展和最近智能制造的提出，电气设备的智能化是未来发展的主流趋势，相应的进行电气设备智能化在线监测的传感器部分起着越来越重要的作用。在电气设备运行中，包括电能质量的监测、设备的智能运行故障诊断、电气设备的智能控制等，都依托于电气设备运行参数的在线实时采集和运行大数据的积累，而目前的主流技术一是采用分立式传感器、二是不同的系统都有独立的传感器，存在体积大、成本高、装卸困难、兼容性差、需断电安装等多种缺陷，极大的制约了电气领域智能制造的实施和发展。
目前，电气设备监测中应用的电压互感器需要将被测电压通过导线引至测量仪表，断电后将接线端子接入，通过电压互感器将电压信号取出。无论短时或长时间的停电都会给生产、运行造成影响，而且由于对供电可靠性的要求越来越高，停电施工越来越难，对传感器的带电装卸的要求十分迫切。此外，电压互感器的限流电阻一般设置在测量设备端，而且阻值恒定，不能适应被测对象的变化，测量设备的灵活性差，从而也带来较高的成本。
在现有技术中，采用穿刺的方式直接获取导线电压的专利较多，例如中国专利“一种低压配电柜电力数据采集模块”（申请号： 201610782346.0）、中国专利“一种利用穿刺方法对包皮导线取电压的穿心式电流互感器”（申请号： 2008100742561）、中国专利“一种开合式电流电压互感器”（申请号： 201110237882X）、中国专利“一种可安装在电缆上的电能计量装置（申请号： 2015106804237）、中国专利“一种穿刺式取电压的集成电流互感器（申请号： 2016109645928）等等，其共性特点都是采用将取电针刺或者锯齿以外力压迫的方式刺入导线，并采用开合式结构。中国专利“一种多功能传感器”（申请号： 2018211415312）虽然采用旋转刺入导线的方式，但是使用的螺旋取电针仍然是普通针状结构，本质上与上述的技术没有区别。
目前的现有技术，仍然存在诸多的问题：
1）采用外力压迫的方式，导电金属刺与导线内芯容易发生顶牛，接触效果变差、易损伤导线和导电金属刺的尖头；如果导线外皮较硬时，尤其是为保证连通效果还采用了多个金属刺或锯齿，需施加很大的外力，破皮效果不佳，破皮效率低下，还有可能对整个取电机构造成损坏；
2）采用开合式结构操作相对复杂，容易损坏，对不同直径的导线适应性差；
3）没有对导线破皮处进行保护，尤其是采用多个金属刺或锯齿方式破皮面积较大情况，长时间运行时，破皮处导线导体容易受环境影响而氧化或腐蚀，造成数据采集误差大，甚至导致导线的发热使连接的设备故障而影响生产；
4）电压互感器的电阻固定，测量范围小，若测量不同等级电压需重选互感器，变相地增加成本，经济性较差；
5）无导线对中和固定结构，待测物体易窜动或滚动，容易刺偏，操作困难、电接触稳定性差。
作为改进技术，中国专利“一种自动取电式柔性互感器及使用方法，啮齿和啮齿带” （申请号： 2016111037297）在“下本体内壁纵向中部设有啮齿带，弧形压紧片底面设有若干啮齿”。该专利中并没有说明啮齿带和啮齿的作用，但从其结构上分析，在下本体内圈中部固设有穿刺针，而穿刺针为了可靠刺入导线，肯定要高于啮齿带很多，因此啮齿带是起不到防导线滚动或防刺偏作用的。啮齿带和啮齿只能是保证在导线完全压紧后，不易窜动。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种智能电气快装式可带电操作电压传感器，以实现智能电气所需传感器在带电情况下的快速装卸，并保证集成化、小型化以及兼容性、方便性、灵活性、可靠性、安全性等；为实现电气设备传感器及在线监测和大数据采集的智能化奠定了基础，具有结构简单、可带电操作、装卸方便、成本低廉、安全稳定等诸多优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的智能电气快装式可带电操作电压传感器，包括U型结构（1）、导体框架（2）、S形取电针（3）、电压互感器（4）、电压互感器第一输入端（5）、电压互感器第二输入端（6）、电压互感器输出端（7）、导线（8）、旋转扳手（9）。
U型结构（1）内部为导体框架（2），外部为绝缘，导体框架（2）上有螺孔，S形取电针（3）通过螺孔穿过导体框架（2）并与其实现电气连接。开口U形结构（1）同时起到旋入时支撑、固定导线及所述传感器作用，导体框架（2）起导电作用。
导线（8）放置于U型结构（1）中，将S形取电针（3）旋入破开导线（8）的绝缘层，实现S形取电针（3）与导线（8）内部导体的电气连接。
S形取电针（3）的在结构上分为三部分，头部为呈S形的螺旋结构且顶部为针状，中部为与导体框架（2）的螺孔配合的标准螺纹，尾部为螺帽或安装绝缘的旋转扳手（9）。S形取电针（3）头部结构是为了更好的起到破皮效果，且使用时比较省力，更容易将S形取电针（3）钻进导线（8），而且与金属导体之间由于旋转运动不至于发生顶牛现象，减少对金属导体的破坏；尤其是导线外皮较硬时，这种结构起到类似钻头的作用。尾部为螺帽时，可用带有绝缘的螺丝刀，在导线（8）带电状态下进行装卸；绝缘的旋转扳手（9）是为了在现场工作人员不需要其他任何工具就可安全地进行带电装卸。
U型结构（1）与电压互感器（4）固定在一起，导体框架（2）直接经线缆引出或经限流电阻与电压互感器第一输入端（5）之间连接。在低压配电系统中，导体框架（2）取得的电压一般为220V或380V，直接引出后可作为电压信号或电源。
电压互感器第二输入端（6）为接线端子或软线，用于连接中线（相电压）、接地（相电压）、或另一相（线电压）。电压互感器输出端（7）为双线端子或双绞线，所述的双绞线为屏蔽线。带有屏蔽层的双绞线抗干扰能力很强，双绞线直接输出的就是电压的可采样弱电信号。端子或软线都是为了方便连接。
进一步地，所述的S形取电针（3）位于U型结构（1）的一条臂上，与其相对的U型结构（1）的另一条臂上与导线（8）接触面为对称的阶梯形结构（10），且对称中心点与S形取电针（3）的S形的螺旋结构的中心轴线对齐。U型结构（1）可为弧形结构，适应的线径范围更大，导线（8）放入和取出都很方便；还可防止拧紧后发生轻微变形，机械强度较好。对称的阶梯形结构（10）可保证导线（8）摆放稳定，使其自动对中，便于S形取电针（3）旋入导线（8）中，防止导线（8）在螺钉旋入期间来回滑动或窜动，实现稳定可靠地电气连接；而且，对不同线径范下固定导线（8）的效果比普通的凹槽要好的多。对称的阶梯形结构（10）也可以采用对称狼牙齿形结构代替。
进一步地，所述的智能电气快装式可带电操作电压传感器包括压板（11）和绝缘垫片（12），上有通孔，S形取电针（3）通过通孔穿过压板（11）和绝缘垫片（12）挤入导线（8），压板（11）将绝缘垫片（12）压紧在导线（8）的绝缘外皮上。
压板（11）为弧形硬质材料制成，绝缘垫片（12）为柔性绝缘材料制成。压板（11）起到支撑绝缘垫片（12）的作用，绝缘垫片（12）采用柔性绝缘材料，是为了在对导线（8）破皮取电后，对导线（8）破皮处进行封闭，长期使用时，防止潮气和灰尘进入破皮处对导线（8）造成影响。使用时先将压板（11）和绝缘垫片（12）套在S形取电针（3）上，然后将S形取电针（3）旋入导线（8）。
进一步地，所述的智能电气快装式可带电操作电压传感器包括限流电阻盒（13）和保护盖（14），限流电阻盒（13）串联于导体框架（2）和电压互感器第一输入端（5）之间，限流电阻盒（9）安装在所述传感器上。限流电阻盒（13）使得限流电阻可以随时放入或取出，便于更换，即可以根据待测目标的电压等级，或是外接仪表对输出信号的要求对限流电阻的阻值进行调整，保证测量值的准确性，且不必进行整个电压传感器的重新装卸和更换。限流电阻盒（13）采用绝缘材料制成，在安装完限流电阻后，盖上保护盖（14），同时起到防水、防尘的作用。保护盖（14）可以是透明的，便于直接观测限流电阻值，也可以采用胶塞代替。可采用绝缘材料将U型结构（1）、电压互感器（4）、限流电阻盒（9）以及其他组件浇注封装为一体。
进一步地，所述的S形取电针（3）的头部为呈S形的锥形螺旋结构且顶部为钻头状。更有利于钻入具有较硬的绝缘外皮的导线（8）中。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1）采用开口U型结构与S形取电针结合的取电结构，并与电压互感器集成一体式设计，实现了智能电气所需传感器在带电情况下的快速装卸，并保证集成化、小型化以及兼容性、方便性、灵活性、可靠性、安全性等；简化了现场操作、降低了成本，而且电气连接转化为内部封装接线，可靠性高、抗干扰能力强、使用寿命长、对原有的电气连接影响小；实现了带电装卸，避免停电影响生产、即装即用、方便测量。
2）采用S形取电针的特殊结构设计、以及旋入式工作方式，需要施加外力很小、破皮效率高、对整个结构不会造成外力损伤、利于实现与导体的充分接触；采用绝缘垫片可以很好地保护导线的破皮口，防止工作时粉尘和潮气从破皮口进入导线导体而影响导体寿命，有效避免了破皮处导体发热引发故障，以及造成设备及经济损失。
3）采用对称阶梯形结构设计，在进行破皮取电时，能够很好地固定导线，有效防止破皮时导线的横向窜动，便于将螺钉从导线中心钻入，使螺钉充分接触导体，取样更准确和稳定。而且，对不同直径的导线适应性强。
4）采用限流电阻盒方式，可以根据待测目标的电压等级，或是外接仪表对输出信号的要求对限流电阻的阻值随时进行调整，在保证测量精度的同时，不必进行整个电压传感器的重新装卸和更换。
附图说明
图1：电压传感器结构示意图。
图2：限流电阻盒的结构及连接关系示意图。
图中：1-U型结构、2-导体框架、3-S形取电针、4-电压互感器、5-电压互感器第一输入端、6-电压互感器第二输入端、7-电压互感器输出端、8-导线、9-旋转扳手、10-阶梯形结构、11-压板、12-绝缘垫片、13-限流电阻盒、14-保护盖。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
如图1所示为电压传感器结构示意图。图1中，所述的智能电气快装式可带电操作电压传感器包括U型结构（1）、导体框架（2）、S形取电针（3）、电压互感器（4）、电压互感器第一输入端（5）、电压互感器第二输入端（6）、电压互感器输出端（7）、导线（8）、旋转扳手（9）、阶梯形结构（10）、压板（11）、绝缘垫片（12）、限流电阻盒（13）、保护盖（14）。
图1中，所述的U型结构（1）、电压互感器（4）和限流电阻盒（9）封装为一个整体。U型结构（1）内部为导体框架（2），外部为绝缘，导体框架（2）上有通孔，S形取电针（3）通过通孔穿过导体框架（2）并与其实现电气连接。开口U形结构（1）同时起到导电、旋紧时支撑、固定导线及所述传感器作用。导体框架（2）也可以用螺钉固定到电压互感器（4）上，强度稳固，不易损坏。
图1中，所述的S形取电针（3）位于U型结构（1）的一条臂上，与其相对的U型结构（1）的另一条臂上与导线（8）接触面为对称的阶梯形结构（10）且对称中心点与S形取电针（3）的S形的螺旋结构的中心轴线对齐。
图1中，所述的导体框架（2）与限流电阻盒（13）一端连接，限流电阻盒（13）另一端与电压互感器第一输入端（5）连接，电压互感器第二输入端（6）为接线端子或软线，用于连接中线（相电压）、接地（相电压）、或另一相（线电压）。电压互感器输出端（7）为双线端子。将电压互感器（4）与限流电阻盒（13）均置于U型结构（1）底部，可减小装置体积，便于安装。
如图2所示为限流电阻盒的结构及连接关系示意图。图2中，所述的限流电阻盒（13）外部装有保护盖（14），限流电阻盒（13）串联于导体框架（2）和电压互感器第一输入端（5）之间，限流电阻采用卡扣式或者端子式安装在限流电阻盒（13）内，可以随时放入或取出，便于更换，保护盖（14）采用绝缘材料制成，可实现带电更换，便捷，安全。限流电阻盒（13）也可以根据待测目标的电压等级对限流电阻的阻值进行调整，保证测量值的准确性。限流电阻盒（13）采用绝缘材料制成，在安装完限流电阻后，盖上保护盖（14），保护盖（14）是透明的，可以看到具体的电阻值。保护盖（14）还起到防水、防尘作用。
图1中，所述的S形取电针（3）的在结构上分为三部分，头部为呈S形的螺旋结构且顶部为针状，整体呈锥形螺旋结构，中部与导体框架（2）接触部分为标准螺纹，尾部有绝缘的旋转扳手（9）。S形取电针（3）头部结构是为了更好的起到破皮效果，且使用时比较省力，更容易将S形取电针（3）钻进导线（8），而且与金属导体之间由于旋转运动不至于发生顶牛现象，减少对金属导体的破坏；尤其是导线外皮较硬时，这种结构起到类似钻头的作用。而且S形取电针（3）头部的呈S形的螺旋结构还更有利于与导线（8）内部的导体部分充分接触，使测量更准确。
图1中，在带电安装时，首先将导线（8）从U型结构（1）侧面开口处放入，卡入阶梯形结构（10）中，实现了自动对中；然后利用绝缘的旋转扳手（9）将S形取电针（3）旋入破开导线（8）的绝缘层，实现S形取电针（3）与导线（8）内部导体的电气连接，实现所述传感器的带电操作。
图1中，所述的智能电气快装式可带电操作电压传感器包括压板（11）和绝缘垫片（12），上有通孔，直径小于S形取电针（3）中部标准螺纹的直径；S形取电针（3）通过通孔穿过压板（11）和绝缘垫片（12），挤入导线（8），压板（11）将绝缘垫片（12）压紧在导线（8）的绝缘外皮上。
压板（11）为弧形硬质材料制成，绝缘垫片（12）为柔性绝缘材料制成。压板（11）起到支撑绝缘垫片（12）的作用，绝缘垫片（12）采用柔性绝缘材料，是为了在对导线（8）破皮取电后，对导线（8）破皮处进行封闭，长期使用时，防止潮气和灰尘进入破皮处，对导线（8）造成影响。使用时先将压板（11）和绝缘垫片（12）套在S形取电针（3）上，然后对将S形取电针（3）旋入导线（8）。
图1中，所述的U型结构（1）可以设计为弧形，即C型结构，容纳的线径范围更大，且导线（8）放入和取出都很方便；采用弧形结构，还可防止拧紧后发生轻微变形，机械强度更好，阶梯形结构（10）保证导线（8）摆放稳定，使其自动对中，便于S形取电针（3）旋入导线（8）中，防止导线（8）在螺钉旋入期间来回滑动或窜动，实现稳定可靠地电气连接。
所述的S形取电针（3）的顶部有绝缘的旋转扳手（9）。绝缘的旋转扳手（9）是为了在现场工作人员不需要其他任何工具就可安全地进行带电装卸。
以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.智能电气快装式可带电操作电压传感器，其特征在于：包括U型结构（1）、导体框架（2）、S形取电针（3）、电压互感器（4）、电压互感器第一输入端（5）、电压互感器第二输入端（6）、电压互感器输出端（7）、导线（8）、旋转扳手（9）；
U型结构（1）内部为导体框架（2），外部为绝缘，导体框架（2）上有螺孔，S形取电针（3）通过螺孔穿过导体框架（2）并与其实现电气连接；
导线（8）放置于U型结构（1）中，将S形取电针（3）旋入破开导线（8）的绝缘外皮，实现S形取电针（3）与导线（8）内部导体的电气连接；
S形取电针（3）的在结构上分为三部分，头部为呈S形的螺旋结构且顶部为针状，中部为与导体框架（2）的螺孔配合的标准螺纹，尾部为螺帽或安装绝缘的旋转扳手（9）；
U型结构（1）与电压互感器（4）固定在一起，导体框架（2）直接经线缆引出或经限流电阻与电压互感器第一输入端（5）之间连接；
电压互感器第二输入端（6）为接线端子或软线，电压互感器输出端（7）为双线端子或双绞线，所述的双绞线为屏蔽线。
2.根据权利要求1所述的智能电气快装式可带电操作电压传感器，其特征在于：所述S形取电针（3）位于U型结构（1）的一条臂上，与其相对的U型结构（1）的另一条臂上与导线（8）的接触面为对称的阶梯形结构（10），且对称中心点与S形取电针（3）的S形的螺旋结构的中心轴线对齐。
3.根据权利要求1所述的智能电气快装式可带电操作电压传感器，其特征在于：所述的电压传感器包括压板（11）和绝缘垫片（12），上有通孔，S形取电针（3）通过通孔穿过压板（11）和绝缘垫片（12）挤入导线（8），压板（11）将绝缘垫片（12）压紧在导线（8）的绝缘外皮上；压板（11）为弧形硬质材料制成，绝缘垫片（12）为柔性绝缘材料制成。
4.根据权利要求1所述的智能电气快装式可带电操作电压传感器，其特征在于：包括限流电阻盒（13）和保护盖（14），限流电阻盒（13）串联于导体框架（2）和电压互感器第一输入端（5）之间，限流电阻盒（9）安装在所述传感器上。
5.根据权利要求1所述的智能电气快装式可带电操作电压传感器，其特征在于：所述的S形取电针（3）的头部为呈S形的锥形螺旋结构且顶部为钻头状。
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